JP2022545245A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電池モジュールは、一つ以上の電池セルを含む電池セル組立体および前記電池セルと外部の装置を電気的に連結するために前記電池セル組立体に連結された一対の端子バスバーを含むセルブロックと、前記セルブロックを収納するモジュールフレームとを含み、前記セルブロックは前記モジュールフレーム内に２個以上含まれ、前記２個以上のセルブロックは前記モジュールフレーム内で互いに電気的に連結されないことを特徴とする。

Description

関連出願との相互引用
本出願は２０１９年１０月１８日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１２９９４９号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は電池モジュールに関するものであって、より具体的に、端子間電圧が高くなくて取り扱い性を向上させた電池モジュールに関するものである。

二次電池は製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有するため、携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなくエネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から環境に優しいおよびエネルギー効率性向上のための新たなエネルギー源として注目を浴びている。

前記電気自動車などに適用される電池パックは、高出力を得るために複数の単位セルを含む多数のセル組立体を直列に連結した構造を有している。そして前記単位セルは正極および負極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。

一方、近来エネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量構造に対する必要性が高まるにつれて多数の二次電池が直列および／または並列に連結された多数の電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。

複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを先に構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。前記電池パックに含まれる電池モジュールの個数、または電池モジュールに含まれる電池セルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定できる。

特に最近、大容量／大面積構造に対する需要が増加しているにつれて、電池モジュール自体内のセルの数量が増加しており、このような増加によってモジュール電圧も増加するようになる。しかし、電極モジュールの電圧が高まるほど生産、取り扱い、運送中により高い安全性が確保される必要があり、また生産ラインでも検査装備の仕様が高まる必要があって生産費用が上昇するという問題がある。

本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、一つの電池モジュール内に含まれるセルの数が増加しても、電池モジュールの端子電圧は高くなくて生産、取り扱い、運送中の安全性を確保し、電池モジュール生産ラインの検査装備仕様を低めて生産費用を減少させることができる電池モジュールを提供するためのものである。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述の課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張できる。

本発明の一実施形態による電池モジュールは、一つ以上の電池セルを含む電池セル組立体および前記電池セルと外部の装置を電気的に連結するために前記電池セル組立体に連結された一対の端子バスバーを含むセルブロックと、前記セルブロックを収納するモジュールフレームと、を含み、前記セルブロックは前記モジュールフレーム内に２個以上含まれ、前記２個以上のセルブロックは前記モジュールフレーム内で互いに電気的に連結されない。

前記一対の端子バスバーは、１個の正極端子バスバーおよび１個の負極端子バスバーを含むことができる。

前記電池モジュールは、二対以上の端子バスバーを含むことができる。

前記２個以上のセルブロックにそれぞれ連結された前記一対の端子バスバーは、前記モジュールフレームの一側端部において露出され得る。

前記モジュールフレームの一側端部に結合され、前記端子バスバーを露出させるための開口を４個以上含むエンドプレートをさらに含むことができる。

前記セルブロックそれぞれは、前記電池セル組立体の側面を囲む保護フィルムを含むことができる。

前記電池セル組立体の上部および前記電池セル組立体の側面を覆い、前記端子バスバーが固定されているバスバーフレームをさらに含み、前記バスバーフレームは前記２個以上のセルブロックに対して共通で設けられてもよい。

前記バスバーフレームには前記２個以上のセルブロックに含まれている４個以上の前記端子バスバーが固定され得る。

本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記少なくとも一つの電池モジュール、および前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含むことができる。

本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前記少なくとも一つの電池パックを含むことができる。

実施形態によれば、一つの電池モジュール内に含まれるセルの数が増加しても、電池モジュールの端子電圧は高くなくて生産、取り扱い、運送中の安全性を確保することができ、同時に電池モジュール生産ラインの検査装備仕様を低めて生産費用を減少させることができる電池モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態による電池モジュールの内、外部を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの外観を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを図式化して示した図である。 本発明の他の実施形態による電池モジュールを示した図である。 本発明の他の実施形態による電池モジュールを示した図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けるようにする。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張されるように示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分“の上に”または“上に”あるという時、これは他の部分“の直上に”ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分“の直上に”あるという時には中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分“の上に”または“上に”あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって“の上に”または“上に”位置することを意味するのではない。

また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”という時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。

図１は本発明の一実施形態による電池モジュールの内、外部を示した図であり、図２は本発明の一実施形態による電池モジュールの外観を示した図であり、図３は本発明の一実施形態による電池モジュールを図式化して示した図である。

図１～図３を参照すれば、本実施形態による電池モジュール１００は、複数の電池セル１１２が並んで互いに隣接して積層された電池セル組立体１１０と、これを収納し電池モジュール１００の外観を形成するモジュールフレーム１２０を含む。この時、電池セル組立体１１０には電池セル１１２と外部の装置を電気的に連結するための一対の端子バスバー５１が連結され、このような電池セル組立体１１０と一対の端子バスバー５１が一つのセルブロック２００を構成する。本実施形態による電池モジュール１００は、一つのモジュールフレーム１２０内に収納された複数のセルブロック２００を含み、この時、電池モジュール１００内で複数のセルブロック２００は互いに電気的に連結されていないことを特徴とする。

電池セル組立体１１０は、複数の電池セル１１２を含む二次電池の集合体である。電池セル組立体１１０は複数の電池セル１１２を含むことができ、それぞれの電池セルは電極リード１１４を含む。電池セル１１２は板状形態を有するパウチ型電池セルであり得るが、これに限定されるのではない。電極リード１１４は正極リードまたは負極リードであり、各電池セル１１２の電極リード１１４は端部が一方向に曲げられており、これによって隣接した他の電池セル１１２が有する電極リードの端部と当接できる。互いに当接した２個の電極リード１１４は互いに溶接などを通じて固定でき、これによって電池セル組立体１１０内部の電池セル１１２間の電気的連結が行われる。

複数の電池セル１１２は電極リード１１４が一側方向に整列されるように垂直積層されて電池セル組立体１１０を成す。一側方向に整列された電極リード１１４は、電池セル組立体１１０と結合するバスバーフレーム５０に固定された端子バスバー５１と電気的に連結される。端子バスバー５１はバスバーフレーム５０の外側に向かって固定でき、電池セル組立体１１０の電極リード１１４はバスバーフレーム５０に形成されたスリットを通過して端子バスバー５１と電気的に連結できる。ここで、バスバーフレーム５０は絶縁性素材、例えば非導電性合成樹脂からなり、端子バスバー５１は導電性の金属材料からなり得る。

また、電池モジュール１００は、電池セル組立体１１０の上部で電池セル組立体１１０の長さ方向に延長され装着されて電池セル１１２をセンシングするように構成された軟性印刷回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ、ＦＰＣＢ）４０を含む。さらに、電池モジュール１００は各種電装部品を含むことができ、一例としてＩＣＢ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）およびＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などを含むことができる。前記ＩＣＢおよびＢＭＳボードなどの電装部品は複数個の電池セル１１２と電気的に連結できる。

電池セル組立体１１０およびこれに電気的に連結された端子バスバー５１は、一つのセルブロック２００を形成する。一つのセルブロック２００には、一対の端子バスバー５１が含まれ、一対の端子バスバー５１はそれぞれ正極端子バスバーおよび負極端子バスバーを含む。

セルブロック２００を収納するモジュールフレーム１２０は、図１などに示したように、四角の管形態を有するモノフレームであってもよく、またはＵ字型の下部フレーム上に上部プレートが結合された形態であってもよく、特に限定されるのではない。

本発明の一実施形態では、セルブロック２００が複数備えられ、一つのモジュールフレーム１２０内に含まれて電池モジュール１００を形成する。したがって、電池モジュール１００は、セルブロック２００の個数に対応する分だけの端子バスバー５１を含むようになる。例えば、図１～図３に示したように２個のセルブロック２００がモジュールフレーム１２０内に収納されている場合、二対の端子バスバー５１を含むようになる。

この時、それぞれのセルブロック２００に含まれている端子バスバー５１は、他のセルブロック２００に含まれている端子バスバー５１と互いに連結されず、セルブロック２００内のみで電気的な連結が行われる。このように構成することによって、一つの電池モジュール１００内に含まれている電池セル１１２の個数が増加して電池モジュール１００全体の容量は増加しても、同時に端子電圧は増加しないため、電池モジュール１００の生産、取り扱い、運送過程で安全性を確保することができる。端子電圧が高まらないため、生産ラインでの検査装備仕様も低めることができ、これにより、生産費用を減少させることができる。

図１および図２では２個のセルブロック２００を含むことを示したが、これに限定されず、図３に示されているように２個より多くの数のセルブロック２００を含むこともでき、特に限定されるのではない。特に、２個より多くの数のセルブロック２００を備えても、端子電圧は増加しないため、生産、取り扱い、運送過程での安全性問題および検査装備仕様などにこだわらず電池モジュール１００の容量を増加させることができる。

一方、本発明の一実施形態による電池モジュール１００は、モジュールフレーム１２０の一側端部に結合されるエンドプレート３００を含む。この時、エンドプレート３００はそれぞれのセルブロック２００に含まれている端子バスバー５１を外部に露出させることができる少なくとも４個の開口３０１を含む。例えば、２個のセルブロック２００がモジュールフレーム１２０に含まれる場合、総４個の端子バスバー５１が形成されるところ、これらを外部にそれぞれ露出させるための４個の開口３０１が形成できる。

このように、一つの電池モジュール１００内に、それぞれ電池セル組立体１１０および端子バスバー５１を独立的に備え、電池モジュール１００内で互いに電気的に連結されないセルブロック２００を２個以上含むことによって、電池モジュール１００の容量は増加させながらも、端子電圧は低めることができるところ、安全性を確保して、生産費用を減少させることができる。

図４は、本発明の他の実施形態による電池モジュールを示した図である。

本発明の他の実施形態では、それぞれのセルブロック２００に含まれている電池セル組立体１１０の側面を囲む保護フィルム２１０をさらに含むことができる。保護フィルム２１０は樹脂材質からなり得る。保護フィルム２１０を備えることによって、セルブロック２００をモジュールフレーム１２０に収納する過程などで電池セル組立体１１０が損傷するのを防止することができ、また、電池セル組立体１１０内でそれぞれの電池セル１１２がより安定的に維持できる。

図５は、本発明の他の実施形態による電池モジュールを示した図である。

本発明の他の実施形態では、一つのバスバーフレーム５０は、２個以上のセルブロック２００に対して共通で設けられる。例えば、図５に示されているように２個のセルブロック２００に対して一つのバスバーフレーム５０が備えられる。２個のセルブロック２００に備えられた２個の電池セル組立体１１０の上面および側面を一つのバスバーフレーム５０が覆う構造を有する。このような構成によれば、電池セル組立体１１０を覆う一つのバスバーフレーム５０の側面カバー上に、それぞれの電池セル組立体１１０と連結された総４個の端子バスバー５１が固定できる。これによって、複数の電池セル組立体１１０を備えても、一つのバスバーフレーム５０と連結されるため、組み立て工程をより簡素化することができる。

一方、本発明の実施形態による電池モジュール１００は一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。この時、電池モジュール１００に含まれている複数のセルブロック２００に形成されたそれぞれの端子バスバー５１は、電池パックにパッケージングされて組立てられる過程で互いに電気的に連結できる。即ち、電池モジュール１００の外部でセルブロック２００間の電気的な連結が行われる。

前述の電池モジュールおよびこれを含む電池パックは多様なデバイスに適用できる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パックを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。

１００：電池モジュール
２００：セルブロック
５１：端子バスバー
１１２：電池セル
１１０：電池セル組立体
３００：エンドプレート
１２０：モジュールフレーム

Claims (10)

1. 一つ以上の電池セルを含む電池セル組立体および前記電池セルと外部の装置を電気的に連結するために前記電池セル組立体に連結された一対の端子バスバーを含むセルブロックと、
   前記セルブロックを収納するモジュールフレームと、を含む電池モジュールであって、
   前記セルブロックは前記モジュールフレーム内に２個以上含まれ、
   前記２個以上のセルブロックは前記モジュールフレーム内で互いに電気的に連結されない、電池モジュール。
2. 前記一対の端子バスバーは、１個の正極端子バスバーおよび１個の負極端子バスバーを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記電池モジュールは、二対以上の端子バスバーを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記２個以上のセルブロックにそれぞれ連結された前記一対の端子バスバーは、前記モジュールフレームの一側端部において露出される、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記モジュールフレームの一側端部に結合され、前記端子バスバーを露出させるための開口を４個以上含むエンドプレートをさらに含む、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記セルブロックはそれぞれ、前記電池セル組立体の側面を囲む保護フィルムを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記電池セル組立体の上部および前記電池セル組立体の側面を覆い、前記端子バスバーが固定されているバスバーフレームをさらに含み、
   前記バスバーフレームは前記２個以上のセルブロックに対して共通で設けられる、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記バスバーフレームには前記２個以上のセルブロックに含まれている４個以上の前記端子バスバーが固定されている、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 少なくとも一つの、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の電池モジュール、および
   前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケース
   を含む電池パック。
10. 請求項９による少なくとも一つの電池パックを含むデバイス。

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